研究目的:短跑比赛是田径比赛中最具观赏性的比赛之一,人类在百米的跑道上不断地超越自我,创造历史。起跑加速阶段是决定百米成绩的重要影响因素之一,关系着整个百米跑的后续运动表现,是保证高质量完成短跑比赛的基础。而蹬离起跑器后的第一步,不仅要完成人体从预备姿态到跑步姿态的转变,更要承接初速度,并尽可能地产生更高的加速度,是起跑加速阶段至关重要的一步。科学的运动训练和动作技术的改善是运动员不断提高运动成绩的重要保障,而深入了解人体骨骼—肌肉系统的运动规律是实现科学运动训练和完善动作技术的基础。传统的运动学和动力学研究可以定量描述运动表现、分析动作技术、讨论外力对运动表现的影响,但是对运动中肌肉活动的特征以及其与运动表现间的关系难以进行深入探究。运动仿真技术作为一种较为新颖的研究手段,通过建立人体的骨骼肌肉模型,模拟人体的运动来计算肌肉在运动中的工作特征,在评价肌肉功能与运动表现之间的关系中起到重要作用,为研究人体运动过程中肌肉骨骼系统的运动规律提供了新的契机。因此,本研究应用运动仿真技术来探究短跑起跑后第一步的下肢肌肉工作特征,以了解运动中肌肉功能与运动表现之间的关系,为确定短跑起跑后第一步的动作技术要点提供"深层"的理论支持。研究方法:受试者为两名现役中国优秀短跑运动员,受试者A为国家二级短跑运动员,受试者B为国际健将级短跑运动员。分别采集受试者A和受试者B起跑后第一步支撑期的运动学、地面反作用力和表面肌电数据。运动学数据采用8镜头红外动作捕捉系统（Qualisys Motion Capture System,Sweden）进行采集,采集频率为200Hz。地面反作用力数据采用1块三维测力台（Kistler 9281CA,Switzerland）进行采集,采集频率为1000Hz。表面肌电信号采用无线表面肌电采集系统（Delsys,Trigno Wireless EMG,USA）进行采集,采集频率为2000Hz。测试过程中,运动学、地面反作用力和表面肌电信号同步进行采集。采用4阶Butterworth低通滤波法对运动学和地面反作用力进行低通滤波,截断频率分别为12Hz和60Hz。采用4阶Butterworth带通滤波法对表面肌电数据进行带通滤波,截断频率为10-400Hz,后进行全波整流。采用运动仿真软件Open Sim3.3分别建立两名受试者的下肢三维骨骼肌肉模型,通过静态优化的方法计算起跑后第一步支撑阶段下肢臀大肌、髂腰肌、股四头肌、腘绳肌、小腿三头肌和胫骨前肌产生的肌肉力量和肌肉做功变化。研究结果:运动仿真计算所得的关节角度结果与前人的运动学研究结果一致,同时研究计算所得的肌力结果与同步采集的表面肌电结果相似,因此本运动仿真结果是真实可靠的。在起跑后第一步支撑期,臀大肌和股四头肌做正功,产生能量;其中股四头肌产生的能量最多。髂腰肌做负功,其吸收的能量是臀大肌产生能量的三分之一。腘绳肌主要做正功,产生能量;小腿三头肌主要做负功,吸收能量。对比发现,受试者B在支撑期产生了较高的水平地面反作用力和较低的竖直地面反作用力;受试者A则与之相反。说明受试者B在起跑加速阶段第一步对地面反作用力的应用更高效。此时,两名受试者在起跑后第一步动作阶段的动作技术差异主要为踝关节的动作技术差异。从肌肉做功角度来看,受试者B小腿三头肌吸收的能量高于受试者A,约为其小腿三头肌吸收能量的2倍。研究结论:对于蹬离起跑器后的第一步,支撑腿的臀大肌、股四头肌和小腿三头肌在整个动作阶段产生极大的肌肉力量以支撑和推进身体前进。因此,在运动训练中要注重发展臀大肌、股四头肌和小腿三头肌的肌肉力量。由于膝关节在支撑期起到支撑和抬升身体的作用,为防止身体重心提升过早,在发展伸膝肌群肌肉力量的同时要注重身体姿态的控制。对于踝关节,提升踝关节跖屈肌的离心收缩力量,有助于提高运动员在起跑加速阶段早期的运动表现。对于受试者A,应当增强踝关节跖屈肌的离心力量,提升踝关节在支撑初期的支撑力,以提高起跑加速阶段对地面反作用力利用的有效性,从而提高运动表现。通过建立运动仿真模型,可以准确地获得肌肉力量等指标,可以更直观的分析各肌肉在运动中所起到的作用,更深刻地理解肌肉功能与运动表现之间的关系,从深层分析不同动作技术形成的原因,更加深入地探究不同动作技术间的优略性,进而更有针对性地改善运动员的动作技术。